0,274 причин для радости: квантовая частица установила новый рекорд

Коллектив ученых Франции и Китая углубил понимание квантовой контекстуальности и исследовал ее потенциальные свойства.

Контекстуальность - это ключевое понятие в квантовой механике, которое описывает, как измерения одной и той же системы могут дать разные результаты в зависимости от других измерений, которые производятся в этой системе. Это отличает квантовую механику от классической физики, где измерение просто "открывает" или "раскрывает" уже существующие свойства объекта, и результаты измерения не зависят от других измерений, которые производятся в системе.

Понятие контекстуальности играет ключевую роль в квантовых вычислениях и является их потенциальным преимуществом по сравнению с обычными вычислениями. В классической физике измерения просто «открывают» или «раскрывают» существующие свойства объекта. Например, если измерить длину палки, то результат просто уточнит её свойство в сантиметрах.

Однако в квантовой механике дела обстоят иначе. Измерение может фактически поменять состояние квантовой системы, и результат будет зависеть от других вычислений, которые в ней производятся.

В процессе исследования, опубликованного в Physical Review Letters, ученые рассматривали односистемный вариант нелокальности Белла. Нелокальность Белла — это еще одно удивительное явление квантовой механики, которое связано с квантовой запутанностью. Согласно этому принципу, измерения, произведенные на запутанных частицах, могут коррелировать, даже если они проводятся одновременно на большом расстоянии друг от друга.

Исследователи обнаружили, что после преобразования неравенства Белла Мермина-Ардехали-Белинского-Клышко (МАБК) в неравенство неконтекстуальности с использованием описанного выше подхода максимальное нарушение остается тем же, но требуемая размерность гильбертова пространства меньше по сравнению с размерностью исходного неравенства Белла.

В ходе эксперимента исследователи разработали метод пространственной модуляции света для достижения высокоточной подготовки и измерения квантового состояния в семимерной квантовой системе на основе кодирования пространственной моды фотона.

Обеспечив минимальные помехи между первоначальными и последующими измерениями, они обнаружили нарушение, превышающее 68 стандартных отклонений, в неравенстве неконтекстуальaности, полученном из трехстороннего неравенства MABK. Отношение между значением квантового нарушения и классическим пределом достигло 0,274, установив новый рекорд самого высокого отношения в экспериментах по контекстуальности с одной частицей.

Открытие концентрации квантовой контекстуальности не только закладывает основу для наблюдения большего количества квантовых корреляций, но также обладает потенциалом для продвижения реализации квантовых вычислений в различных физических системах.